Спосіб визначення демпфірувальних характеристик амортизаторів рухомого складу

Реферат: Спосіб визначення демпфірувальних характеристик амортизаторів рухомого складу включає в себе реєстрацію сигналів з акселерометричних датчиків, програмну обробку оцифрованих сигналів. Розрахунок параметрів демпфірування здійснюють по спектру сигналів, а логарифмічний декремент затухання розраховують по добротності. UA 88464 U (12) UA 88464 U UA 88464 U 5 10 Корисна модель належить до методів технічної діагностики конструкцій та механізмів рухомого складу і призначена для визначення демпфірувальних характеристик амортизаторів коливань надресорної частини рухомого складу. Найближчим аналогом є спосіб діагностики демпфірувальних характеристик, що включає реєстрацію сигналів з акселерометричних датчиків, що розміщені на надресорній частині рухомого складу, програмну або апаратну фільтрацію сигналів, визначення логарифмічного декременту затухання та власної частоти коливання конструкції за першими кількома амплітудними значеннями сигналу [1]. За даним способом частота коливання конструкції розраховується як обернена величина до часового проміжку між двома амплітудними значеннями затухаючого сигналу, що відповідає періоду коливань. Логарифмічний декремент затухання визначається також з амплітудних значень кількох послідовно слідуючих позитивних або негативних коливань, а саме: A t   A O e   t , A t   T  u , A t  T  1 Aj , u  ln j A j1 де A T  - функція зміни амплітуди від часу; A O - початкове значення затухаючого сигналу; e - математична величина, що є основою натуральних логарифмів; t - часова змінна;  - коефіцієнт згасання коливань; T - період коливань; u - логарифмічний декремент затухання. A j - значення j-ї за порядком слідування амплітуди коливання. Недоліком найближчого аналога є низька завадостійкість, а саме чутливість способу визначення частоти сигналу та логарифмічного декременту затухання до високочастотних складових та побічних гармонік, що присутні в сигналі. Для застосування даного способу необхідно для обробки використовувати сигнали лише після апаратної або програмної фільтрації, що вносить додаткову ентропію та призводить до спотворення форми сигналу. На фіг. 1 наведено осцилограму сигналу з акселерометричних датчиків, по якому здійснюється визначення власної частоти та логарифмічного декременту затухання. У зв'язку з присутністю високочастотних спотворень істотною проблемою є неоднозначність отриманих результатів, висока імовірність визначення помилкового результату через фізичні особливості реєстрації сигналів акселерометричними датчиками. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення точності та завадостійкості визначення власної частоти та логарифмічного декременту затухання шляхом розрахунку даних параметрів за допомогою спектральної щільності сигналів, тобто переведенням розрахунків з часової області в частотну. Поставлена задача вирішується тим, що, згідно з корисною моделлю, розрахунок параметрів демпфірування здійснюється по спектру сигналів, а логарифмічний декремент затухання розраховується по добротності. Власну частоту коливання конструкції визначають за допомогою аналізу спектра сигналу, отриманого шляхом застосування перетворення Фур'є як частота гармоніки з максимальною потужністю [2]. За допомогою перетворення Фур'є визначають добротність коливальної системи Q, що є кількісною мірою демпфірування. Логарифмічний декремент затухання визначають з добротності коливальної системи за допомогою виразу: 2 2  2 , u   2 o   2Q 2  1 ln 15 20 25 30 35 40 45 o 50 де u - логарифмічний декремент затухання;  - математична константа; o - частота гармоніки в спектрі сигналу з максимальною потужністю; Q - добротність коливальної системи; 1 UA 88464 U  - шириною резонансної кривої (фіг. 2), що відповідає ширині основної пелюстки спектра сигналу на рівні 1 від максимальної потужності гармоніки [3]. 5 10 15 20 25 2 Добротність коливальної системи визначають за виразом: o  Q  o , 2  1 2 де 2 та 1 , - значення частоти, що відповідає правій та лівій межі діапазону  . Перевагою даного способу є висока точність визначення параметрів демпфірування та відсутність впливу високочастотних завад на результат розрахунків, оскільки визначення частоти та добротності відбувається в низькочастотному діапазоні спектра сигналу, а завади носять високочастотний характер. Викладене вище підтверджують експериментальні результати, отримані при випробування по скиданні з клинів локомотива ЧС-8 та пасажирського вагона. В ході випробування імітувалися коливання "підстрибування", "галопування" і "бокового розхитування" конструкції. На фіг. 3 представлено спектрограму сигналу, по якій відбувається визначення частоти та добротності коливальної системи та перерахунок отриманого значення в логарифмічний декремент затухання. В табл. 1 та табл. 2 наведено результат обробки сигналів з двох дублюючих акселерометричних датчиків, що були встановлені на кузові локомотива, при п'ятьох повтореннях експерименту по імітації коливань "галопування". Як видно з наведених даних, середньоквадратичне відхилення визначення логарифмічного декременту за стандартним методом складає 0,111 та 0,150 для першого та другого каналу відповідно. При обробці даних сигналів запропонованим методом середньоквадратичне відхилення становить 0,040 та 0,046 відповідно, що більш як в три рази менше відносно стандартного методу. При використанні стандартного методу максимальна різниця в визначенні логарифмічного декременту затухання між дублюючими каналами на наведених даних становить 65,2 %, при використанні запропонованого методу дана різниця не перевищує 8,1 %, що свідчить про високу завадостійкість запропонованого методу. З даних представлених в табл. 2 видно, що максимальна різниця в визначенні частоти між дублюючими каналами при використанні стандартного методу становить 7,5 %, а при використанні запропонованого методу 0,2 %. Таблиця 1 № експерименту Канал 1 Стандартний Канал 2 Канал 1 Запропонований Канал 2 Метод Логарифмічний декремент затухання 1 2 3 4 5 0,464 0,262 0,190 0,410 0,360 0,423 0,273 0,035 0,208 0,356 0,572 0,532 0,519 0,465 0,500 0,597 0,529 0,538 0,467 0,542 Середнє значення 0,337 0,259 0,518 0,535 с.к.в. 0,111 0,150 0,040 0,046 30 Таблиця 2 № експерименту Канал 1 Стандартний Канал 2 Канал 1 Запропонований Канал 2 Метод 35 1 1,303 1,333 1,090 1,090 2 1,246 1,205 1,159 1,157 Частота 3 1,250 1,274 1,153 1,153 4 1,246 1,156 1,149 1,150 5 1,290 1,278 1,030 1,030 Середнє значення 1,267 1,249 1,116 1,115 с.к.в. 0,067 0,069 0,056 0,054 Джерела інформації: 1. Програма та методика стаціонарних випробувань по скиданню з клинів рухомого складу: ДНДЦ.ГК.М01 - 2013. - [Затверджено 2013-07-01]. - К.: ДНДЦ УЗ, 2013. - 22 с. 2. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - С. 540. 3. Бабак В.П. Дандецький B.C., Шрюфер Е. Обробка сигналів: - К. Либідь, 1999. - 496 с. 40 2 UA 88464 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб визначення демпфірувальних характеристик амортизаторів рухомого складу, а саме логарифмічного декременту затухання та власної частоти коливання конструкції, що включає в себе реєстрацію сигналів з акселерометричних датчиків, програмну обробку оцифрованих сигналів, який відрізняється тим, що розрахунок параметрів демпфірування здійснюють по спектру сигналів, а логарифмічний декремент затухання розраховують по добротності. 3 UA 88464 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4